TY - JOUR 
A1 - Blanes Pérez, Elena
T1 - Design and optimization of composite rectangular fins under convection conitions

Y1 - 2016
UR - http://hdl.handle.net/10317/6678
AB - A pesar de constituir un tema muy estudiado por numerosos investigadores en el campo de la transferencia de calor durante las últimas décadas, lo que ha dado lugar a un sinfín de publicaciones en revistas especializadas, puede afirmarse que la optimización de aletas no es un capítulo cerrado, ni mucho menos. Lo cierto es que aún aparecen con relativa frecuencia interesantes trabajos en este campo. Las razones que justifican la dificultad de cerrar el diseño y optimización de aletas son varias: en primer lugar, se trata de un problema no lineal que, en general, requiere el concurso de métodos numéricos de cálculo, además existen numerosos tipos de aletas diferentes que han de estudiarse separadamente debido a su geometría y condiciones de contorno; en segundo lugar, la no asunción de hipótesis simplificadoras para abordar problemas reales da lugar a la aparición de un número de parámetros tan elevado que su tratamiento, tanto analítico como numérico, resulta muy complejo; por último, la no existencia de parámetros de prestaciones específicamente definidos y adecuados al proceso de optimización no permite abordar el problema siguiendo una línea común. Así, cada autor establece sus propios parámetros en cada problema y busca la optimización siguiendo su camino particular, en general complejo y, en ocasiones, difícil de entender por otros investigadores. Los resultados obtenidos mediante este trabajo, curvas o ábacos de carácter universal, están constituidos por puntos óptimos y ha supuesto la computación de innumerables grupos de espines en los que uno a más parámetros tienen un estrecho rango de variación para ajustar lo más finamente posible el valor óptimo. En este sentido, aunque el programa de simulación usado para el cálculo numérico tiene ciertas opciones que permiten la ejecución múltiple de modelos, los tiempos de computación se elevan a centenares de horas.La técnica usada para la solución de cada caso (configuración particular de aleta) es el “Método de Simulación por Redes” (MESIR, de aquí en adelante), González-Fernández (2002). Esta herramienta, empleada por el grupo de investigación en otras líneas de trabajo (procesos electroquímicos, transporte en membranas, flujo de fluidos con transporte de solutos, mecánica del rozamiento, elasticidad…), es de fácil manejo y proporciona una solución numérica muy precisa para mallados relativamente pequeños (50 elementos de volumen en problemas 1-D y 5050 en problemas 2-D). Para estos mallados los errores son generalmente muy inferiores al 1%, Alhama (1999).
En esencia el MESIR se aplica en dos etapas: en primer lugar se diseña un modelo en red o circuito eléctrico, cuyas ecuaciones diferenciales expresadas en diferencias finitas en el espacio son idénticas a las del modelo físico-matemático; el tiempo permanece como variable continua. En segundo lugar, se ejecuta dicho modelo en un programa de simulación de circuitos para obtener la solución numérica del mismo. En cuanto al diseño de modelos hay de decir que para la elaboración de los mismos se requiere un pequeño número de reglas ya que son muy pocos los componentes eléctricos diferentes que se necesitan (básicamente resistencias, condensadores y fuentes independientes y controladas por intensidad o tensión para implementar las condiciones de contorno y otras no linealidades). El objetivo de esta memoria es, esencialmente, desarrollar procesos formales de optimización y diseño para aletas rectas composites, en condiciones estacionarias, con parámetros de transferencia de calor constantes y bajo condiciones de contorno de enfriamiento convectivo, mediante la aplicación del coeficiente de prestaciones “admitancia térmica inversa relativa”, ATIR.
Se trata de demostrar que el uso del ATIR permite construir curvas o ábacos universales de aletas óptimas que conducen, mediante protocolos sencillos, a la determinación del espín idóneo para cada especificación o conjunto de valores de diseño.
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